EP0174445A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Schnelladen einer Batterie - Google Patents

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EP0174445A2
EP0174445A2 EP85107412A EP85107412A EP0174445A2 EP 0174445 A2 EP0174445 A2 EP 0174445A2 EP 85107412 A EP85107412 A EP 85107412A EP 85107412 A EP85107412 A EP 85107412A EP 0174445 A2 EP0174445 A2 EP 0174445A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
charging
voltage
battery
limit value
charging process
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP85107412A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0174445A3 (de
Inventor
Horst Hollenberg
Gerhard Joos
Torsten Meyer-Staufenbiel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0174445A2 publication Critical patent/EP0174445A2/de
Publication of EP0174445A3 publication Critical patent/EP0174445A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage

Definitions

  • the invention relates to a method and an associated device according to the preamble of the main claim.
  • a charger for batteries is known from DE-B 21 14 100.
  • the battery charging takes place in this method in such a way that the charging current is interrupted when the gassing voltage of the battery is reached and is switched on again at a correspondingly lower threshold value until the charger is off the battery is disconnected.
  • a device for rapid charging of batteries is widespread on the market, in which the charging process is controlled by means of a so-called pole switch.
  • the charging process is carried out in such a way that when a predetermined limit value for the battery voltage or the gassing voltage of a battery cell multiplied by the number of cells is reached, a switchover to a reduced charging current takes place, which is maintained for a predetermined period of time. If the voltage limit is not reached, the charging process is interrupted after a predetermined maximum charging time.
  • the method according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that a relatively simple and inexpensive device enables rapid charging of batteries, in which one achieves a favorable compromise between the largest possible full charge and the lowest possible overcharge of the battery. This is made possible in particular by the fact that the recharging of the battery takes place in a controlled manner with a reduced charging current, the so-called normal charging current, the terminal voltage of the battery being monitored and the charging process being interrupted when a predetermined, higher limit value is reached when the battery has reached the highest possible charging level is without any significant overloading of the same.
  • the measures listed in the subclaims enable advantageous developments and improvements of the method specified in the main claim and a suitable design of the associated device Lich. It has proven to be advantageous if, in the method according to the invention, the limit value of the permissible battery voltage is raised in a manner known per se during a first period of time (0 - t0) that begins with the charging process, in order to avoid undesired shutdowns due to an increase in voltage due to sulfation the battery.
  • the method is particularly simplified by the use of a counter put into operation by one of the threshold value switches for reversing the battery voltage to the various limit values, which takes place at predetermined times.
  • the meter expediently receives its pulses from a pulse shaper which is supplied by the AC network.
  • the rapid charging process is preferably terminated at the same time (t1) as the switching of the limit value of the battery voltage to the second, higher limit value (U2). This period of time is relatively short, so that the charging process is interrupted early if the battery is defective. This shortening of the rapid charging process allows the recharging to be extended with a reduced current (normal charge), the termination of which also takes place at a fixed point in time (t2) if the second limit value (U2) of the battery voltage is not reached.
  • a voltage proportional to the battery voltage is applied to an input of three threshold switches (I, II, III), the other inputs of which are supplied with a reference voltage (UR) and the outputs of which the charging process when the battery is connected to the pole start on the one hand via a counter (Z) and on the other hand control via a logic (L) depending on the level of the battery voltage.
  • a first threshold switch is provided which starts the charging process via a counter, while a second threshold switch controls the rapid charging process and a third threshold switch controls the normal charging process.
  • the changeover to lower the voltage limit shortly after the start of the charging process takes place via the second threshold switch, the switching threshold of which can be reversed by a signal from the counter to lower the voltage limit (U3, U2).
  • the second threshold switch also expediently switches over from the rapid charging process to the normal charging process when the first limit value (U1) of the battery voltage is reached, a switching device in the primary circuit of the transformer preferably being actuated to increase the primary winding number of the transformer and thus to reduce the battery charging current.
  • the charging process is terminated via a third limit switch which, after the battery voltage has risen to the second limit (U2), actuates a switching device between the rectifier and the battery via the logic (L).
  • FIG. 1 shows a functional diagram which shows the course of the battery voltage as a function of time for various charging processes
  • FIG. 2 shows a basic circuit diagram of a device for carrying out the proposed charging process.
  • Figure 1 shows the course of the voltage on a battery cell, representative of the course of the battery voltage on the outer terminals of the battery, depending on the time.
  • three different limit values for the battery voltage are defined, namely the gassing voltage U1 of a battery cell with 2.4 volts as the first limit value in the range between to and t1, an increased limit value U2 with 2.5 volts per cell, which defines the end of the normal charging process and a third limit value U3 with 2.6 volts per cell at the start of the charging process.
  • the limit value U2 applies in the range between t1 and t2, the third limit value U3 in the range between the start of charging and to.
  • to corresponds to a duration of 10 minutes t1 to a duration of 1.5 hours and t2 to a duration of 3 hours.
  • Curve A shows the course of the cell voltage on a defective battery, the gassing voltage U1 not being reached until time t1 and the charging process being interrupted at this time.
  • Curve B shows the course of the voltage across a cell of a good, approximately half-charged battery.
  • the cell voltage rises within about 25 minutes to the first limit value U1, which corresponds to the gassing voltage.
  • the charging current is reduced, as a result of which the cell voltage first drops and then rises again until the second limit value U2 of the cell voltage of 2.5 volts is reached after about two hours.
  • the second limit value U2 is reached, the charging process is ended.
  • Curve C shows the course of the cell voltage of a sulfated, empty battery.
  • the third limit value U3 has an effect here because the cell voltage at the beginning of the charge exceeds the gassing voltage or the first limit value U1 within the first 10 minutes.
  • the device is not switched off at the start of the charging process until the cell voltage reaches the first limit value U1 after approximately one hour and ten minutes.
  • the changeover from rapid charging to normal charging takes place, which is ended after approximately two hours and 45 minutes by reaching the second limit value U2.
  • curve D shows the course of the charging voltage on a cell of a good but empty battery.
  • the cell voltage initially rises gradually until the first limit value U1 is reached after approx. 1 hour and 20 minutes, then there is a switch from quick charge to normal charge with reduced current and again a decreasing terminal voltage, until after 3 hours the charging process due to the passage of time is ended.
  • a switching device for performing the method according to the invention is shown.
  • a transformer 10 is connected with its primary winding to the AC line voltage, its secondary winding is at the input of a rectifier 11.
  • a changeover switch a is provided in the supply line to the primary winding, the switch contact of which in the rest position establishes the connection to the end point a1 of the primary winding, while in the Working situation a tap a2 of the primary winding is contacted.
  • the tap a2 corresponds to the quick charge switch position, the end point a1 to the normal charge.
  • the output of the rectifier 11 is connected via lines 12 and 13 and via terminals 14 and 15 to the positive and negative poles of a battery 16.
  • a normally open contact of a switching device b is provided, which interrupts the supply line to the battery 16 at the end of the charging process.
  • the changeover switch a and the switching device b can also be realized in a different way, for example by means of semiconductor switching devices.
  • the terminal 14 and the positive pole of the battery 16 are connected to a voltage divider consisting of two resistors 17 and 18, from a connection point 19 between the resistors 17 and 18, lines lead to a smoothing capacitor 20 and to the inverting input of a first threshold switch I and to the non-inverting ones Inputs of threshold switches II and III.
  • the non-inverting input of the threshold switch 1 and the inverting inputs of the threshold circuits II and III are connected together to a reference voltage, which can be obtained, for example, via an auxiliary transformer and a Zener diode.
  • the reference voltage Ur is on the order of about 5 to 6 volts. Switching to other battery voltages takes place by changing the voltage divider from resistors 17 and 18.
  • a pulse shaper I is also connected to the input-side AC voltage network, the pulses of which are emitted to a counter Z. This is started by a LOW signal at the output of the threshold switch I.
  • the latter also serves as reverse polarity protection for the connection of the battery 16, since that LOW signal appears at its output only when at its invertie
  • the input has a voltage of at least 0.15 volts per cell, ie a voltage of at least 0.9 volts for a 12 volt battery.
  • Signal lines 21, 22 and 23 lead from the counter Z to a linking logic L and a further signal line parallel to the signal line 23 to the threshold switch II.
  • the control lines A and B for the changeover switch a and the switching device b are indicated.
  • Further inputs of logic L are connected to the outputs of threshold switches II and III, while signal devices in the form of light-emitting diodes 25 to 30 are connected to further outputs of logic L.
  • the cathodes of the light emitting diodes 25 to 30 are connected to ground together. They signal the following operating states: LED 25 indicates the operational readiness of the charging device, i.e.
  • the light-emitting diode 26 indicates the rapid charge
  • the light-emitting diode 27 the normal charge
  • the light-emitting diode 28 signals the end of the charging process after the switching device b has been opened
  • the light-emitting diode 29 signals a fault in the charge, for example if, according to curve A, the first limit value of the battery voltage or cell voltage is not reached and the light-emitting diode 30 signals a fault in the charger, e.g. an excess temperature on the transformer or on the rectifier.
  • the threshold value U3 for switching the threshold switch II is initially at a threshold voltage of 2.6 volts per cell of the battery, so that in case C according to FIG. 1 the rapid charging process takes place without switching off because the voltage is exceeded.
  • the counter Z sends a signal to the threshold switch II via the signal lines 23 and 24 and reduces its switching threshold to the gassing voltage of the battery of 2.4 volts per cell, which corresponds to the first limit value U1 of the battery voltage.
  • the charging process now runs in accordance with the various curves A to C in FIG. 1 up to time t1 at the latest.
  • the logic L is brought to an end via the signal line 22 by emitting a signal via the control line B, as a result of which the switching device b interrupts the charging current.
  • the charging process is terminated when the second limit value U2 of the battery voltage or the cell voltage is reached in accordance with curves B and C. This is done in that a potential corresponding to the second limit value U2 appears at the non-inverting input of the threshold value switch III and is applied via its output HIGH signal causes the logic L via the control line B to actuate the switching device b and thereby end the charging process.
  • the capacitor 20 connected to the connection point 19 serves to smooth the control voltage.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen zum Schnelladen einer Batterie (16), insbesondere einer Bleibatterie für Kraftfahrzeuge, bei dem die an den Klemmen der Batterie anliegende Spannung überwacht und der Ladevorgang beim Überschreiten vorgegebener Grenzwerte (U1, U2, U3) der Batteriespannung und/oder der Ladezeit (t) unterbrochen wird. Die Ladung erfolgt zunächst (o-t1) mit hohem Ladestrom (Schnelladestrom) bis zum Erreichen eines ersten Grenzwertes (U1) der Batteriespannung oder bis zum Ende einer ersten vorgegebenen Ladezeit (t1), wobei am Ende dieser ersten Ladezeit (t1) der Ladevorgang abgebrochen wird, wenn der erste Spannungs-Grenzwert (U1) nicht erreicht wurde. Andererseits wird der Ladevorgang mit verringertem Ladestrom (Normalladestrom) fortgesetzt, wenn der erste Spannungs-Grenzwert (U1) innerhalb der ersten Ladezeit (o-t1) erreicht worden ist. Das Ende des Ladevorgangs ist definiert entweder durch das Erreichen eines zweiten, höheren Spannungs-Grenzwertes (U2) oder durch den Ablauf einer zweiten, fest vorgegebenen Ladezeit (t2), wenn der höhere Spannungs-Grenzwert (U2) nicht erreicht worden ist.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer zugehörigen Vorrichtung entsprechend der Gattung des Hauptanspruches. Ein derartiges Ladegerät für Batterien ist bekannt aus der DE-B 21 14 100. Die Batterieladung erfolgt bei diesem Verfahren derart, daß der Ladestrom bei Erreichen der Gasungsspannung der Batterie unterbrochen und bei einem entsprechend geringeren Schwellwert wieder eingeschaltet wird, solange, bis die Ladeeinrichtung von der Batterie getrennt wird. Zur Vermeidung unerwünschter Abschaltungen zu Beginn des Ladevorganges ist es aus dieser Veröffentlichung weiterhin bekannt, die Abschaltschwelle bei Ladebeginn anzuheben.
  • Weiterhin ist auf dem Markt eine Vorrichtung zum Schnellladen von Batterien verbreitet, bei welcher der Ladevorgang mittels eines sogenannten Pöhlerschalters gesteuert wird. Der Ladevorgang erfolgt so, daß bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzwertes der Batteriespannung, bzw. der mit der Zellenzahl multiplizierten Gasungsspannung einer Batteriezelle eine Umschaltung auf einen reduzierten Ladestrom erfolgt, welcher für eine fest vorgegebene Zeitspanne aufrechterhalten wird. Bei Nichterreichen des Spannungsgrenzvertes erfolgt eine Unterbrechung des Ladevorganges nach einer fest vorgegebenen Maximalladedauer. Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß mit einer verhältnismäßig einfachen und preiswerten Vorrichtung eine Schnelladung von Batterien ermöglicht wird, bei der man einen günstigen Kompromiß zwischen möglichst großer Volladung und möglichst geringer Überladung der Batterie erreicht. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, daß das Nachladen der Batterie miteinem verringerten Ladestrom, dem sogenannten Normalladestrom, gesteuert erfolgt, wobei die Klemmenspannung der Batterie überwacht und bei Erreichen eines vorgegebenen, erhöhten Grenzwertes der Ladevorgang dann unterbrochen wird, wenn ein möglichst hoher Ladegrad der Batterie erreicht ist ohne nennenswerte Überladung derselben.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens sowie eine zweckmäßige Gestaltung der zugehörigen Vorrichtung möglich. So hat es sich als günstig erwiesen, wenn auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in an sich bekannter Weise der Grenzwert der zulässigen Batteriespannung während einer ersten, mit dem Ladevorgang beginnenden Zeitspanne (0 - t0) angehoben wird zur Vermeidung von unerwünschten Abschaltungen durch Spannungserhöhung infolge einer Sulfatierung der Batterie. Das Verfahren wird besonders vereinfacht durch die Verwendung eines von einem der Schwellwertschalter in Betrieb gesetzten Zählers zur Umsteuerung der Batteriespannung auf die verschiedenen Grenzwerte, welche so zu fest vorgegebenen Zeitpunkten erfolgt. Der Zähler erhält seine Impulse zweckmäßigerweise von einem Impulsformer, welcher vom Wechselstromnetz versorgt wird. Die Beendigung des Schnelladevorganges erfolgt bei Nichterreichen des ersten Grenzwertes (U1) der Batteriespannung vorzugsweise zum gleichen Zeitpunkt (t1) wie das Umschalten des Grenzwertes der Batteriespannung auf den zweiten, höheren Grenzwert (U2). Diese Zeitspanne ist verhältnismäßig kurz, so daß der Ladevorgang frühzeitig unterbrochen wird, wenn die Batterie defekt ist. Diese Verkürzung des Schnelladevorgangs erlaubt eine Verlängerung der Nachladung mit verringertem Strom (Normalladung), dessen Beendigung bei Nichterreichen des zweiten Grenzwertes (U2) der Batteriespannung ebenfalls zu einem festen Zeitpunkt (t2) erfolgt.
  • Hinsichtlich der Gestaltung der Vorrichtung hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn eine der Batteriespannung proportionale Spannung auf jeweils einen Eingang von drei Schwellwertschaltern (I, II, III) gelegt wird, deren andere Eingänge mit einer Referenzspannung (UR) beaufschlagt sind und deren Ausgänge bei polrichtung angeklemmter Batterie den Ladevorgang einerseits über einen Zähler (Z) starten und andererseits über eine Logik (L) in Abhängigkeit von der Höhe der Batteriespannung steuern. Hierzu ist ein erster Schwellwertschalter vorgesehen, welcher über einen Zähler den Ladevorgang startet, während ein zweiter Schwellwertschalter den Schnelladevorgang und ein dritter Schwellwertschalter den Normalladevorgang steuert. Die Umsteuerung zur Absenkung des Spannungsgrenzvertes kurz nach Beginn des Ladevorgangs erfolgt über den zweiten Schwellwertschalter, dessen Schaltschwelle durch ein Signal des Zählers umsteuerbar ist zur Absenkung des Spannungs-grenzwertes (U3, U2). Über den zweiten Schwellwertschalter erfolgt zweckmäßigerweise auch die Umsteuerung vom Schnelladevorgang auf den Normalladevorgang beim Erreichen des ersten Grenzwertes (U1) der Batteriespannung, wobei vorzugsweise eine Schaltvorrichtung im Primärkreis des Transformators betätigt wird zur Erhöhung der Primärvindungszahl des Transformators und somit zur Verringerung des Batterie-Ladestroms. Die Beendigung des Ladevorganges erfolgt über einen dritten Grenzwertschalter, welcher nach dem Anstieg der Batteriespannung bis zum zweiten Grenzwert (U2) über die Logik (L) eine Schaltvorrichtung zwischen dem Gleichrichter und der Batterie betätigt.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Funktionsdiagramm, welches für verschiedene Ladevorgänge den Verlauf der Batteriespannung in Abhängigkeit von der Zeit darstellt und Figur 2 ein Prinzipschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des vorgeschlagenen Ladevorgangs.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Figur 1 zeigt den Verlauf der Spannung an einer Batteriezelle, stellvertretend für den Verlauf der Batteriespannung an den äußeren Anschlußklemmen der Batterie, in Abhängigkeit von der Zeit. Hierbei sind zunächst drei verschiedene Grenzwerte der Batteriespannung festgelegt, nämlich die Gasungsspannung U1 einer Batteriezelle mit 2,4 Volt als erster Grenzwert im Bereich zwischen to und t1, ein erhöhter Grenzwert U2 mit 2,5 Volt pro Zelle, welcher das Ende des Normalladevorganges definiert und ein dritter Grenzwert U3 mit 2,6 Volt pro Zelle zu Beginn des Ladevorgangs. Der Grenzwert U2 gilt im Bereich zwischen t1 und t2, der dritte Grenzwert U3 im Bereich zwischen Ladebeginn und to. Beim Ausführungsbeispiel entspricht to einer Dauer von 10 Minuten, t1 einer Dauer von 1,5 Stunden und t2 einer Dauer von 3 Stunden.
  • Die Kurve A zeigt den Verlauf der Zellenspannung an einer defekten Batterie, wobei die Gasungsspannung U1 bis zum Zeitpunkt t1 nicht erreicht und in diesem Zeitpunkt der Ladevorgang unterbrochen wird.
  • Die Kurve B zeigt den Verlauf der Spannung an einer Zelle einer guten, etwa zur Hälfte geladenen Batterie. Die Zellenspannung steigt dabei innerhalb von ca. 25 Minuten auf den ersten Grenzwert U1 an, welcher der Gasungsspannung entspricht. Beim Erreichen dieses Grenzwertes wird der Ladestrom reduziert, wodurch die Zellenspannung zunächst absinkt und dann wieder ansteigt bis zum Erreichen des zweiten Grenzwertes U2 der Zellenspannung von 2,5 Volt nach etwa zwei Stunden. Beim Erreichen dieses zweiten Grenzwertes U2 wird der Ladevorgang beendet.
  • Die Kurve C zeigt den Verlauf der Zellenspannung einer sulfatierten, leeren Batterie. Hier wirkt sich der dritte Grenzwert U3 aus, weil die Zellenspannung zu Beginn der Ladung innerhalb der ersten 10 Minuten die Gasungsspannung, bzw. den ersten Grenzwert U1 übersteigt. Durch das Anheben des Grenzwertes auf U3 unterbleibt die Abschaltung der Vorrichtung zu Beginn des Ladevorgangs, bis die Zellenspannung nach ca. einer Stunde und zehn Minuten den ersten Grenzwert U1 erreicht. In diesem Zeitpunkt erfolgt wiederum die Umschaltung von Schnelladung auf Normalladung, welche nach ca. zwei Stunden und 45 Minuten beendet wird durch Erreichen des zweiten Grenzwertes U2.
  • Schließlich zeigt die Kurve D den Verlauf der Ladespannung an einer Zelle einer guten, jedoch leeren Batterie. Die Zellenspannung steigt zunächst allmählich an bis zum Erreichen des ersten Grenzwertes U1 nach ca. 1 Stunde und 20 Minuten, es erfolgt dann eine Umschaltung von Schnelladung auf Normalladung bei verringertem Strom und wiederum zunächst absinkender Klemmenspannung, bis nach ca. 3 Stunden der Ladevorgang durch Zeitablauf beendet wird.
  • In Figur 2 ist eine Schaltvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Hierin ist ein Transformator 10 mit seiner Primärwicklung an die Netzwechselspannung angeschlossen, seine Sekundärwicklung liegt am Eingang eines Gleichrichters 11. In der Zuleitung zur Primärwicklung ist ein Umschalter a vorgesehen, dessen Schaltkontakt in der Ruhelage die Verbindung zum Endpunkt a1 der Primärwicklung herstellt, während in der Arbeitslage eine Anzapfung a2 der Primärwicklung kontaktiert wird. Die Anzapfung a2 entspricht der Schaltstellung Schnelladung, der Endpunkt a1 der Normalladung. Der Ausgang des Gleichrichters 11 ist über Leitungen 12 und 13 sowie über Klemmen 14 und 15 mit dem positiven und dem negativen Pol einer Batterie 16 verbunden. In der Zuleitung 12 zum positiven Pol der Batterie 16 ist ein Arbeitskontakt einer Schaltvorrichtung b vorgesehen, welcher am Ende des Ladevorgangs die Zuleitung zur Batterie 16 unterbricht. Selbstverständlich kann der Umschalter a und die Schaltvorrichtung b auch in anderer Weise realisiert sein, beispielsweise durch Halbleiterschaltvorrichtungen.
  • Die Klemme 14 und der positive Pol der Batterie 16 sind an einen Spannungsteiler aus zwei Widerständen 17 und 18 angeschlossen, von einem Verbindungspunkt 19 zwischen den Widerständen 17 und 18 führen Leitungen zu einem Glättungskondensator 20 sowie zum invertierenden Eingang eines ersten Schwellwertschalters I und zu den nichtinvertierenden Eingängen von Schwellwertschaltern II und III. Der nichtinvertierende Eingang des Schwellwertschalters 1 sowie die intvertierenden Eingänge der Schwellwertschaltung II und III sind gemeinsam an eine Referenzspannung gelegt, welche beispielsweise über einen Hilfstransformator und eine Zenerdiode gewonnen werden kann. Bei einer 12 Volt-Batterie liegt die Referenzspannung Ur in der Größenordnung von etwa 5 bis 6 Volt. Die Umschaltung auf andere Batteriespannungen erfolgt durch Veränderung des Spannungsteilers aus den Widerständen 17 und 18.
  • An das eingangsseitige Wechselspannungsnetz ist weiterhin ein Impulsformer I angeschlossen, dessen Impulse abgegeben werden an einen Zähler Z. Dieser wird in Gang gesetzt durch ein LOW-Signal am Ausgang des Schwellwertschalters I. Letzterer dient gleichzeitig als Verpolschutz für den Anschluß der Batterie 16, da das LOW-Signal an seinem Ausgang nur erscheint, wenn an seinem invertierenden Eingang eine Spannung von mindestens 0,15 Volt pro Zelle anliegt, d.h. bei einer 12 Volt-Batterie eine Spannung von mindestens 0,9 Volt.
  • Vom Zähler Z führen Signalleitungen 21, 22 und 23 zu einer verknüpfenden Logik L und eine weitere Signalleitung parallel zur Signalleitung 23 zum Schwellwertschalter II. Am Ausgang der Logik L sind die Steuerleitungen A und B für den Umschalter a und die Schaltvorrichtung b angedeutet. Weitere Eingänge der Logik L sind mit den Ausgängen der Schwellwertschalter II und III verbunden, während an weiteren Ausgängen der Logik L Signalvorrichtungen in Form von Leuchtdioden 25 bis 30 angeschlossen sind. Die Kathoden der Leuchtdioden 25 bis 30 sind gemeinsam auf Masse gelegt. Sie signalieren folgende Betriebszustände: Leuchtdiode 25 kennzeichnet die Betriebsbereitschaft der Ladevorrichtung, d.h. das Vorhandensein der Netzspannung und den polrichtigen Anschluß der Batterie 16; die Leuchtdiode 26 zeigt die Schnelladung, die Leuchtdiode 27 die Normalladung an, die Leuchtdiode 28 signalisiert das Ende des Ladevorgangs nach dem Öffnen der Schaltvorrichtung b; schließlich signalisiert die Leuchtdiode 29 eine Störung der Ladung, beispielsweise wenn gemäß Kurve A der erste Grenzwert der Batteriespannung, bzw. der_Zellenspannung nicht erreicht wird und die Leuchtdiode 30 signalisiert eine Störung im Ladegerät, z.B. eine Übertemperatur am Transformator oder am Gleichrichter.
  • Die Ladevorrichtung wirkt folgendermaßen:
    • Nach dem Anlegen der Netzwechselspannung an die Primärwicklung des Transformators 10 erhält der Impulsformer I seine Versorgungsspannung und gibt eine Impulsfolge ab an den Zähler Z. Durch den Anschluß der Klemmen 14 und 15 an die Pole der Batterie 16 gelangt über den Verbindungspunkt 19 positives Potential auf den invertierenden Eingang des Schwellwertschalters I, so daß an dessen Ausgang nach Überschreitung der Yerpolschutzspannung Z 0,15 Volt pro Zelle das HIGH-Signal verschwindet, welches den Zähler Z blockiert. Mit dem Erscheinen des LOW-Signals am Ausgang des Schwellwertschalters I beginnt dieser zu arbeiten und schaltet über die Signalleitung 21, die Logik L und über deren Ausgang B die Schaltvorrichtung b sowie über die Steuerleitung A den Umschalter a, so daß unverzüglich über die Anzapfung a2 auf der Primärseite des Transformators 10 und den geschlossenen Kontakt der Schaltvorrichtung b der Schnelladevorgang der Batterie 16 einsetzt.
  • Der Schwellwert U3 für das Umschalten des Schwellwertschalters II liegt zunächst bei einer Schwellenspannung von 2,6 Volt pro Zelle der Batterie, so daß im Fall C gemäß Figur 1 der Schnelladevorgang ohne Abschaltung wegen Spannungsüberschreitung verläuft. Nach Ablauf einer Zeit von 10 Minuten im Ausführungsbeispiel entsprechend dem Zeitpunkt to in Figur 1 gibt der Zähler Z über die Signalleitungen 23 und 24 ein Signal an den Schwellwertschalter II und reduziert dessen Schaltschwelle auf die Gasungsspannung der Batterie von 2,4 Volt pro Zelle, welche dem ersten Grenzwert U1 der Batteriespannung entspricht. Der Ladevorgang verläuft nun entsprechend den verschiedenen Kurven A bis C in Figur 1 bis spätestens zum Zeitpunkt t1. In diesem Zeitpunkt wird über die Signalleitung 22 die Logik L zur Beendigung des Ladevorgangs veranlaßt durch Abgabe eines Signals über die Steuerleitung B, wodurch die Schaltvorrichtung b den Ladestrom unterbricht.
  • Im Fall der Kurven B, C und D in Figur 1 läuft der Schnellladevorgang solange, bis am nichtinvertierenden Eingang des Schwellwertschalters II der erste Grenzwert U1 der Batteriespannung erreicht ist. Beim Anlegen des über den Spannungsteiler 17 und 18 reduzierten Potentials am nichtinvertierenden Eingang des Schwellwertschalters II springt dessen Ausgang auf HIGH und bewirkt über die Logik L und die Steuerleitung A die Betätigung des Umschalters a auf den Kontakt a1, so daß nun der Ladevorgang mit verringertem Strom (Normalladestrom) fortgesetzt wird. Dieser Zustand bleibt solange erhalten, bis entweder gemäß Kennlinie D in Figur 1 die Zeit t2 erreicht ist und über die Signalleitung 22 und die Steuerleitung B die Schaltvorrichtung b betätigt und der Ladevorgang unterbrochen wird. Alternativ erfolgt die Beendigung des Ladevorganges beim Erreichen des zweiten Grenzwertes U2 der Batteriespannung, bzw. der Zellenspannung gemäß den Kurven B und C. Dies geschieht dadurch, daß am nichtinvertierenden Eingang des Schwellwertschalters III ein Potential entsprechend dem zweiten Grenzwert U2 erscheint und über dessen Ausgang ein HIGH-Signal die Logik L über die Steuerleitung B veranlaßt, die Schaltvorrichtung b zu betätigen und hierdurch den Ladevorgang zu beenden. Der am Verbindungspunkt 19 angeschlossene Kondensator 20 dient zur Glättung der Steuerspannung.

Claims (11)

1. Verfahren zum Schnelladen einer Batterie, insbesondere zum Schnelladen einer Bleibatterie für Kraftfahrzeuge, bei dem die an den Klemmen der Batterie anliegende Spannung überwacht und der Ladevorgang beim Überschreiten vorgegebener Grenzwerte der Batteriespannung und/oder der Ladezeit unterbrochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung zunächst (0-t1) mit hohem Ladestrom (a2) (Schnelladestrom) bis zum Erreichen eines ersten Grenzwertes (U1) der Batteriespannung oder bis zum Ende einer ersten vorgegebenen Ladezeit (0-t1) erfolgt, wobei am Ende dieser ersten Ladezeit (t1) der Ladevorgang abgebrochen wird, wenn der erste Spannungs-Grenzwert (U1) nicht erreicht wurde, während der Ladevorgang nach Erreichen des ersten Spannungs-Grenzwertes (U1) innerhalb der ersten Ladezeit (o-t1) mit verringertem Ladestrom (a1) (Normalladestrom) fortgesetzt wird bis zum Erreichen eines zweiten, höheren Spannungs-Grenzwertes (U2) oder bis zum Ende einer zweiten vorgegebenen Ladezeit (t2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert (U3) der zulässigen Batteriespannung während einer ersten, mit dem Ladevorgang beginnenden Zeitspanne (o-to) angehoben wird zur Vermeidung von unerwünschten Abschaltungen durch Spannungserhöhung infolge einer Sulfatierung der Batterie.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsteuerung'des Ladevorganges auf die verschiedenen Spannungs-Grenzverte (U1, U2, U3) durch einen Zähler (Z) zu fest vorgegebenen Zeitpunkten (o-to-t1) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beendigung des Ladevorgangs mit hohen Strom (Schnelladestrom) bei Nichterreichen des ersten Grenzwertes (U1) der Batteriespannung zum gleichen Zeitpunkt (t1) wie das Umschalten des Grenzwertes der Batteriespannung auf den zweiten, höheren Grenzwert (U2) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beendigung des Ladevorgangs mit verringertem Strom (Normalladestrom) bei Nichterreichen des zweiten Grenzwertes (U2) der Batteriespannung zu einem festen Zeitpunkt (t2) erfolgt.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Transformator zur Herabsetzung der Netzspannung auf die Ladespannung, mit einem Gleichrichter und mit einer Schaltvorrichtung in wenigstens einer Zuleitung vom Gleichrichter zur Batterie, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Batteriespannung proportionale Spannung auf jeweils einen Eingang von drei Schwellwertschaltern (I, II, III) gelegt. ist, deren andere Eingänge mit einer Referenzspannung (UR) beaufschlagt sind und deren Ausgänge bei polrichtig angeklemmter Batterie (16) den Ladevorgang einerseits über einen Zähler (Z) starten und andererseits über eine Logik (L) in Abhängigkeit von der Höhe der Batteriespannung steuern.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Schwellwertschalter (I) über einen Zähler (Z) den Ladevorgang startet, daß ein zweiter Schwellvertschalter (II) den Ladevorgang mit hohem Strom (Schnellladestrom) und ein dritter Schwellwertschalter (III) den Ladevorgang mit verringertem Strom (Normalladestrom) steuert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwellwertschalter (II) einerseits durch ein Ausgangssignal des Zählers (Z) umsteuerbar ist zur Absenkung des Spannungs-Grenzwertes (U3, U2) nach Ablauf der ersten, mit dem Ladevorgang beginnenden Zeitspanne (o-to) und andererseits über die Logik (L) beim Erreichen des ersten Grenzwertes (U1) der Batteriespannung eine Schaltvorrichtung (a) im Primärkreis des Transformators (10) betätigt zur Verringerung des Ladestromes auf den Normalladestrom.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Grenzwertschalter (III) nach dem Anstieg der Batteriespannung bis zum zweiten Grenzwert (U2) über die Logik (L) den Ladevorgang beendet mittels der Abschaltvorrichtung (b) in der Zuleitung vom Gleichrichter (11) zur Batterie (16).
10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Logik (L) Anzeigeelemente (25-30) zugeordnet sind zur Anzeige der verschiedenen Betriebszustände und von Störungen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (Z) seine Zählimpulse von einem netzgespeisten Impulfsformer (I) erhält.
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